JP2021011620A - 硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐硫化性に優れる硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０５０％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：１８．００〜３２．００％、Ｎｉ：０．０１〜４．００％、Ａｌ：０．００１〜０．１５０％およびＮ：０．０５０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する、硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板。【選択図】なし
Description
本発明は、硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板に関する。
近年、地球環境保全の観点から、リチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）を搭載した電気自動車（ＥＶ）の生産が増加している。この電気自動車をさらに普及させるために、ＬＩＢに対し、より一層のエネルギー密度の増加、充電時間の短縮、長寿命化等が求められている。そのため、硫化物系固体電解質の研究開発が行われている。
例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系、ＬＧＰＳ（Ｌｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｓ）系等の硫化物系固体電解質は、電解液並の高いＬｉイオン伝導度を有するため、全固体電池用の電解質として期待されている。硫化物系固体電解質を用いた全固体電池を、硫化物系固体電池ともいう。
例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系、ＬＧＰＳ（Ｌｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｓ）系等の硫化物系固体電解質は、電解液並の高いＬｉイオン伝導度を有するため、全固体電池用の電解質として期待されている。硫化物系固体電解質を用いた全固体電池を、硫化物系固体電池ともいう。
しかしながら、上記のような硫化物系固体電解質を用いる場合、硫化物による集電体の腐食が懸念される。耐硫化性が低い材料を集電体に使用すれば、電池の性能や安全性が低下する懸念がある。
例えば、特許文献１には、硫化物系固体電池の正極集電体の材料としてステンレス鋼が開示されており、特に、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６およびＳＵＳ３１６Ｌが開示されている。
特許文献２には、硫化物系固体電池の負極集電体の材料として、ＳＵＳ３１６Ｌが開示されている。
特許文献２には、硫化物系固体電池の負極集電体の材料として、ＳＵＳ３１６Ｌが開示されている。
特許文献１および２に開示されているＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６およびＳＵＳ３１６Ｌは、オーステナイト系ステンレス鋼である。
ところで、集電体としてステンレス鋼を用いる場合、その板厚は５〜３０μｍとする必要がある。しかしながら、オーステナイト系ステンレス鋼は、圧延時に著しく加工硬化するため、圧延パス数を増やし、さらに、中間焼鈍を追加し、一度軟質化してから再度圧延する必要が生じる。そのため、生産性の低下や、製造コストの増加などが生じる。
そこで本発明者らは、加工硬化が少ないフェライト系ステンレス鋼の適用を検討した。
最初に、フェライト系ステンレス鋼の代表的鋼種であるＳＵＳ４３０（１６質量％Ｃｒ）を検討したが、硫化物系固体電池における集電体の使用を模擬した環境において、耐硫化性が十分ではない場合があった。すなわち、鋼と硫化物とが反応して硫化物系固体電池の電池特性が低下する懸念があった。
電池特性が低下する原因は明確ではないが、本発明者らは次のように考えている。鋼と硫化物とが反応することで、鋼表面と硫化物系固体電解質との界面において、鋼と硫化物との反応層が厚く形成されたり、硫化物系固体電解質自体が劣化したりすることによって、電池特性の低下につながると考えている。
最初に、フェライト系ステンレス鋼の代表的鋼種であるＳＵＳ４３０（１６質量％Ｃｒ）を検討したが、硫化物系固体電池における集電体の使用を模擬した環境において、耐硫化性が十分ではない場合があった。すなわち、鋼と硫化物とが反応して硫化物系固体電池の電池特性が低下する懸念があった。
電池特性が低下する原因は明確ではないが、本発明者らは次のように考えている。鋼と硫化物とが反応することで、鋼表面と硫化物系固体電解質との界面において、鋼と硫化物との反応層が厚く形成されたり、硫化物系固体電解質自体が劣化したりすることによって、電池特性の低下につながると考えている。
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、耐硫化性に優れる硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意検討を行った。
まず、本発明者らは、Ｃｒ含有量が１６質量％程度のフェライト系ステンレス鋼板を、硫化物系固体電池の集電体として使用した場合に、期待していたほどの耐硫化性が得られない理由を検討した。
硫化物系固体電池の集電体が曝される環境は、未解明な点が多いが、水分や酸素が存在しない、または極めて少なく、かつ０．０〜５．０Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）の範囲で電位が印可されうる特殊な環境（以下、「電池環境」ともいう）である。
上記電池環境において、Ｃｒ含有量が１６質量％程度のフェライト系ステンレス鋼板は、鋼板表面に形成される酸化皮膜が安定ではないために、上記電池環境における耐硫化性が低下する場合があると、本発明者らは考えるに至った。
そこで本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼板の成分組成を、上記電池環境において鋼板表面に安定な酸化皮膜が形成される成分組成とすることができれば、上記電池環境における耐硫化性を確保できると考えた。
具体的には、本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼板の硫化を抑制するため、フェライト系ステンレス鋼板の構成元素であるＦｅやＣｒの硫化物よりも熱力学的に安定であるＣｒ酸化皮膜を、フェライト系ステンレス鋼板の表面に安定的かつ緻密に形成させておけばよいと考えた。そのためには、第一にフェライト系ステンレス鋼板のＣｒ含有量を向上させ、さらにその他の元素を適した範囲に制御すればよいとの結論に至った。
本発明は上記の知見に基づき、本発明者らが、さらに検討を重ねた末に完成されたものである。すなわち、本発明の構成は次のとおりである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．０５０％、
Ｓｉ：０．０１〜２．００％、
Ｍｎ：０．０１〜１．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｒ：１８．００〜３２．００％、
Ｎｉ：０．０１〜４．００％、
Ａｌ：０．００１〜０．１５０％および
Ｎ：０．０５０％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する、硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板。
［２］上記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｍｏ：０．０１〜２．５０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．８０％、
Ｃｏ：０．０１〜０．５０％および
Ｗ：０．０１〜３．００％
からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、上記［１］に記載の硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板。
［３］上記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．０１〜０．４５％、
Ｎｂ：０．０１〜０．６０％、
Ｚｒ：０．０１〜０．４０％、
Ｖ：０．０１〜０．３０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００３０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、
ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１〜０．１００％、
Ｓｎ：０．００１〜０．５００％および
Ｓｂ：０．００１〜０．５００％
からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、上記［１］または［２］に記載の硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板。
Ｃ：０．００１〜０．０５０％、
Ｓｉ：０．０１〜２．００％、
Ｍｎ：０．０１〜１．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｒ：１８．００〜３２．００％、
Ｎｉ：０．０１〜４．００％、
Ａｌ：０．００１〜０．１５０％および
Ｎ：０．０５０％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する、硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板。
［２］上記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｍｏ：０．０１〜２．５０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．８０％、
Ｃｏ：０．０１〜０．５０％および
Ｗ：０．０１〜３．００％
からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、上記［１］に記載の硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板。
［３］上記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．０１〜０．４５％、
Ｎｂ：０．０１〜０．６０％、
Ｚｒ：０．０１〜０．４０％、
Ｖ：０．０１〜０．３０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００３０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、
ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１〜０．１００％、
Ｓｎ：０．００１〜０．５００％および
Ｓｂ：０．００１〜０．５００％
からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、上記［１］または［２］に記載の硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板。
本発明によれば、耐硫化性に優れる硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板を得ることができる。
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板」を、単に、「フェライト系ステンレス鋼板」ともいう。
本明細書において、「硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板」を、単に、「フェライト系ステンレス鋼板」ともいう。
（１）硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板
本発明の一実施形態（以下、便宜的に、単に「本発明」ともいう）のフェライト系ステンレス鋼板では、Ｃｒ含有量を向上させ、さらにその他の元素を適正な範囲に制御する。
本発明の一実施形態（以下、便宜的に、単に「本発明」ともいう）のフェライト系ステンレス鋼板では、Ｃｒ含有量を向上させ、さらにその他の元素を適正な範囲に制御する。
［フェライト系ステンレス鋼板の成分組成］
本発明のフェライト系ステンレス鋼板が有する成分組成（以下、便宜的に、「本発明の成分組成」ともいう）の限定理由を説明する。成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であるが、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板が有する成分組成（以下、便宜的に、「本発明の成分組成」ともいう）の限定理由を説明する。成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であるが、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。
〈基本成分〉
本発明の成分組成は、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０５０％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：１８．００〜３２．００％、Ｎｉ：０．０１〜４．００％、Ａｌ：０．００１〜０．１５０％およびＮ：０．０５０％以下を含有する。
本発明の成分組成は、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０５０％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：１８．００〜３２．００％、Ｎｉ：０．０１〜４．００％、Ａｌ：０．００１〜０．１５０％およびＮ：０．０５０％以下を含有する。
Ｃ：０．００１〜０．０５０％
Ｃは、ステンレス鋼中のＣｒと反応し、粒界にＣｒ炭化物として析出して、Ｃｒ欠乏層を形成するため、耐食性の低下をもたらす。従って、耐食性の観点からは、Ｃ含有量は少ないほど好ましく、Ｃ含有量は０．０５０％以下とする。Ｃ含有量は好ましくは０．０３０％以下であり、より好ましくは０．０２０％以下である。
一方、過度にＣ含有量を低減することは製造コストの増加を招くので、Ｃ含有量の下限は０．００１％とする。
Ｃは、ステンレス鋼中のＣｒと反応し、粒界にＣｒ炭化物として析出して、Ｃｒ欠乏層を形成するため、耐食性の低下をもたらす。従って、耐食性の観点からは、Ｃ含有量は少ないほど好ましく、Ｃ含有量は０．０５０％以下とする。Ｃ含有量は好ましくは０．０３０％以下であり、より好ましくは０．０２０％以下である。
一方、過度にＣ含有量を低減することは製造コストの増加を招くので、Ｃ含有量の下限は０．００１％とする。
Ｓｉ：０．０１〜２．００％
Ｓｉは、脱酸に有効であり、ステンレス鋼の溶製段階で添加される。この効果は、０．０１％以上の含有で得られる。
しかし、Ｓｉを過剰に含有させると、ステンレス鋼が硬質化し、延性が低下する。従って、Ｓｉ含有量は２．００％以下とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは１．００％以下であり、より好ましくは０．６０％以下である。
Ｓｉは、脱酸に有効であり、ステンレス鋼の溶製段階で添加される。この効果は、０．０１％以上の含有で得られる。
しかし、Ｓｉを過剰に含有させると、ステンレス鋼が硬質化し、延性が低下する。従って、Ｓｉ含有量は２．００％以下とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは１．００％以下であり、より好ましくは０．６０％以下である。
Ｍｎ：０．０１〜１．００％
Ｍｎは、脱酸に有効であり、ステンレス鋼の溶製段階で添加される。この効果は、０．０１％以上の含有で得られる。
しかし、Ｍｎ含有量が１．００％を超えると、耐食性が低下し易くなる。従って、Ｍｎ含有量は１．００％以下とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．６０％以下である。
Ｍｎは、脱酸に有効であり、ステンレス鋼の溶製段階で添加される。この効果は、０．０１％以上の含有で得られる。
しかし、Ｍｎ含有量が１．００％を超えると、耐食性が低下し易くなる。従って、Ｍｎ含有量は１．００％以下とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．６０％以下である。
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、延性の低下をもたらすため、その含有量は少ない方が好ましい。ただし、Ｐ含有量が０．０５０％以下であれば、延性の著しい低下は生じない。従って、Ｐ含有量は０．０５０％以下とする。Ｐ含有量は、好ましくは０．０４０％以下である。
下限は特に限定されないが、過度の脱Ｐは製造コストの増加を招くので、Ｐ含有量の下限は０．０１０％程度が好適である。
Ｐは、延性の低下をもたらすため、その含有量は少ない方が好ましい。ただし、Ｐ含有量が０．０５０％以下であれば、延性の著しい低下は生じない。従って、Ｐ含有量は０．０５０％以下とする。Ｐ含有量は、好ましくは０．０４０％以下である。
下限は特に限定されないが、過度の脱Ｐは製造コストの増加を招くので、Ｐ含有量の下限は０．０１０％程度が好適である。
Ｓ：０．０１０％以下
Ｓは、Ｍｎと結合してＭｎＳを形成し、これが腐食の起点となることで、耐食性を低下させる。ただし、Ｓ含有量が０．０１０％以下であれば、耐食性の著しい低下は生じない。従って、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。
下限は特に限定されないが、過度の脱Ｓは製造コストの増加を招くので、Ｓ含有量の下限は０．００１％程度が好適である。
Ｓは、Ｍｎと結合してＭｎＳを形成し、これが腐食の起点となることで、耐食性を低下させる。ただし、Ｓ含有量が０．０１０％以下であれば、耐食性の著しい低下は生じない。従って、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。
下限は特に限定されないが、過度の脱Ｓは製造コストの増加を招くので、Ｓ含有量の下限は０．００１％程度が好適である。
Ｃｒ：１８．００〜３２．００％
１８．００％以上のＣｒを含有することで、フェライト系ステンレス鋼板の表面に耐硫化性を持つＣｒ酸化皮膜が形成され、硫化物系固体電池の集電体として用いた場合であっても、耐硫化性の低下を抑制できる。従って、Ｃｒ含有量は１８．００％以上とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは１９．００％以上である。一方、Ｃｒ含有量が３２．００％を超えると、σ相の析出によって靱性が低下する場合がある。従って、Ｃｒ含有量は３２．００％以下とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは２５．００％以下である。
１８．００％以上のＣｒを含有することで、フェライト系ステンレス鋼板の表面に耐硫化性を持つＣｒ酸化皮膜が形成され、硫化物系固体電池の集電体として用いた場合であっても、耐硫化性の低下を抑制できる。従って、Ｃｒ含有量は１８．００％以上とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは１９．００％以上である。一方、Ｃｒ含有量が３２．００％を超えると、σ相の析出によって靱性が低下する場合がある。従って、Ｃｒ含有量は３２．００％以下とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは２５．００％以下である。
Ｎｉ：０．０１〜４．００％
Ｎｉは、耐食性の向上に有効に寄与する。この効果は、Ｎｉ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｎｉ含有量が４．００％を超えると、応力腐食割れ感受性が高くなる。さらに、Ｎｉは高価なので、コストの増大を招く。そのため、Ｎｉ含有量は０．０１〜４．００％の範囲とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。Ｎｉ含有量は、好ましくは２．００％以下であり、より好ましくは０．５０％以下である。
Ｎｉは、耐食性の向上に有効に寄与する。この効果は、Ｎｉ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｎｉ含有量が４．００％を超えると、応力腐食割れ感受性が高くなる。さらに、Ｎｉは高価なので、コストの増大を招く。そのため、Ｎｉ含有量は０．０１〜４．００％の範囲とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。Ｎｉ含有量は、好ましくは２．００％以下であり、より好ましくは０．５０％以下である。
Ａｌ：０．００１〜０．１５０％
Ａｌは、脱酸に用いられる。この効果は、０．００１％以上の含有で得られる。しかし、Ａｌ含有量が０．１５０％を超えると、延性が低下する。従って、Ａｌ含有量は０．１５０％以下とする。Ａｌ含有量は、好ましくは０．１００％以下である。
Ａｌは、脱酸に用いられる。この効果は、０．００１％以上の含有で得られる。しかし、Ａｌ含有量が０．１５０％を超えると、延性が低下する。従って、Ａｌ含有量は０．１５０％以下とする。Ａｌ含有量は、好ましくは０．１００％以下である。
Ｎ：０．０５０％以下
Ｎ含有量が０．０５０％を超えると、延性が低下する。従って、Ｎ含有量は０．０５０％以下とする。Ｎ含有量は、好ましくは０．０３０％以下である。下限は特に限定されないが、過度の脱Ｎはコストの増加を招くので、Ｎ含有量の下限は０．００２％程度が好適である。
Ｎ含有量が０．０５０％を超えると、延性が低下する。従って、Ｎ含有量は０．０５０％以下とする。Ｎ含有量は、好ましくは０．０３０％以下である。下限は特に限定されないが、過度の脱Ｎはコストの増加を招くので、Ｎ含有量の下限は０．００２％程度が好適である。
以上、基本成分について説明したが、本発明の成分組成は、必要に応じて、以下に述べる元素を適宜含有できる。
〈任意成分（その１）〉
本発明の成分組成は、さらに、質量％で、Ｍｏ：０．０１〜２．５０％、Ｃｕ：０．０１〜０．８０％、Ｃｏ：０．０１〜０．５０％およびＷ：０．０１〜３．００％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有できる。
本発明の成分組成は、さらに、質量％で、Ｍｏ：０．０１〜２．５０％、Ｃｕ：０．０１〜０．８０％、Ｃｏ：０．０１〜０．５０％およびＷ：０．０１〜３．００％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有できる。
Ｍｏ：０．０１〜２．５０％
Ｍｏは、フェライト系ステンレス鋼板の表面に形成された酸化皮膜を安定化するのに有効である。この効果は、好適には０．０１％以上の含有で得られる。しかし、Ｍｏ含有量が２．５０％を超えると、フェライト系ステンレス鋼板の脆化を招く。従って、Ｍｏを含有させる場合、Ｍｏ含有量は０．０１〜２．５０％とする。
Ｍｏは、フェライト系ステンレス鋼板の表面に形成された酸化皮膜を安定化するのに有効である。この効果は、好適には０．０１％以上の含有で得られる。しかし、Ｍｏ含有量が２．５０％を超えると、フェライト系ステンレス鋼板の脆化を招く。従って、Ｍｏを含有させる場合、Ｍｏ含有量は０．０１〜２．５０％とする。
Ｃｕ：０．０１〜０．８０％
Ｃｕは、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を改善するのに有効である。この効果は、好適には０．０１％以上の含有で得られる。しかし、Ｃｕ含有量が０．８０％を超えると、熱間加工性が低下し、生産性の低下を招く。従って、Ｃｕを含有させる場合、Ｃｕ含有量は０．０１〜０．８０％とする。
Ｃｕは、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を改善するのに有効である。この効果は、好適には０．０１％以上の含有で得られる。しかし、Ｃｕ含有量が０．８０％を超えると、熱間加工性が低下し、生産性の低下を招く。従って、Ｃｕを含有させる場合、Ｃｕ含有量は０．０１〜０．８０％とする。
Ｃｏ：０．０１〜０．５０％
Ｃｏは、耐食性を高める。この効果は、Ｃｏ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｃｏ含有量が０．５０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１〜０．５０％の範囲とする。Ｃｏ含有量は好ましくは０．０５％以上である。Ｃｏ含有量は好ましくは０．３０％以下である。
Ｃｏは、耐食性を高める。この効果は、Ｃｏ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｃｏ含有量が０．５０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１〜０．５０％の範囲とする。Ｃｏ含有量は好ましくは０．０５％以上である。Ｃｏ含有量は好ましくは０．３０％以下である。
Ｗ：０．０１〜３．００％
Ｗは、耐食性を高める。この効果は、Ｗ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｗ含有量が３．００％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１〜３．００％の範囲とする。Ｗ含有量は、好ましくは０．８０％以下であり、より好ましくは０．６０％以下である。Ｗ含有量は好ましくは０．０５％以上である。
Ｗは、耐食性を高める。この効果は、Ｗ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｗ含有量が３．００％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１〜３．００％の範囲とする。Ｗ含有量は、好ましくは０．８０％以下であり、より好ましくは０．６０％以下である。Ｗ含有量は好ましくは０．０５％以上である。
〈任意成分（その２）〉
本発明の成分組成は、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．４５％、Ｎｂ：０．０１〜０．６０％、Ｚｒ：０．０１〜０．４０％、Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｃａ：０．０００３〜０．００３０％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１〜０．１００％、Ｓｎ：０．００１〜０．５００％およびＳｂ：０．００１〜０．５００％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有できる。
本発明の成分組成は、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．４５％、Ｎｂ：０．０１〜０．６０％、Ｚｒ：０．０１〜０．４０％、Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｃａ：０．０００３〜０．００３０％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１〜０．１００％、Ｓｎ：０．００１〜０．５００％およびＳｂ：０．００１〜０．５００％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有できる。
Ｔｉ：０．０１〜０．４５％
Ｔｉは、ＣおよびＮと結合することにより、Ｃｒ炭窒化物の鋼中での過度の析出を防止して、耐食性の低下（鋭敏化）を抑制する。この効果は、Ｔｉ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｔｉ含有量が０．４５％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｔｉを含有する場合は、Ｔｉ含有量は０．０１〜０．４５％の範囲とする。Ｔｉ含有量は好ましくは０．１０％以上である。Ｔｉ含有量は好ましくは０．４０％以下である。
Ｔｉは、ＣおよびＮと結合することにより、Ｃｒ炭窒化物の鋼中での過度の析出を防止して、耐食性の低下（鋭敏化）を抑制する。この効果は、Ｔｉ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｔｉ含有量が０．４５％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｔｉを含有する場合は、Ｔｉ含有量は０．０１〜０．４５％の範囲とする。Ｔｉ含有量は好ましくは０．１０％以上である。Ｔｉ含有量は好ましくは０．４０％以下である。
Ｎｂ：０．０１〜０．６０％
Ｎｂは、Ｔｉと同様にＣおよびＮと結合することにより、鋭敏化を抑制する。この効果は、Ｎｂ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｎｂ含有量が０．６０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｎｂを含有する場合は、Ｎｂ含有量は０．０１〜０．６０％の範囲とする。Ｎｂ含有量は好ましくは０．１０％以上である。Ｎｂ含有量は好ましくは０．４０％以下である。
Ｎｂは、Ｔｉと同様にＣおよびＮと結合することにより、鋭敏化を抑制する。この効果は、Ｎｂ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｎｂ含有量が０．６０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｎｂを含有する場合は、Ｎｂ含有量は０．０１〜０．６０％の範囲とする。Ｎｂ含有量は好ましくは０．１０％以上である。Ｎｂ含有量は好ましくは０．４０％以下である。
Ｚｒ：０．０１〜０．４０％
Ｚｒは、ＴｉやＮｂと同様に、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、鋭敏化を抑制する。この効果は、Ｚｒ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｚｒ含有量が０．４０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｚｒを含有する場合は、Ｚｒ含有量は０．０１〜０．４０％の範囲とする。Ｚｒ含有量は好ましくは０．０３％以上である。Ｚｒ含有量は好ましくは０．３０％以下である。
Ｚｒは、ＴｉやＮｂと同様に、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、鋭敏化を抑制する。この効果は、Ｚｒ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｚｒ含有量が０．４０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｚｒを含有する場合は、Ｚｒ含有量は０．０１〜０．４０％の範囲とする。Ｚｒ含有量は好ましくは０．０３％以上である。Ｚｒ含有量は好ましくは０．３０％以下である。
Ｖ：０．０１〜０．３０％
Ｖは、ＮｂやＺｒと同様に、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、耐食性の低下（鋭敏化）を抑制する。この効果は、Ｖ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｖ含有量が０．３０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｖを含有する場合は、Ｖ含有量は０．０１〜０．３０％の範囲とする。Ｖ含有量は、好ましくは０．２０％以下であり、より好ましくは０．１５％以下であり、さらに好ましくは０．１０％以下である。
Ｖは、ＮｂやＺｒと同様に、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、耐食性の低下（鋭敏化）を抑制する。この効果は、Ｖ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｖ含有量が０．３０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｖを含有する場合は、Ｖ含有量は０．０１〜０．３０％の範囲とする。Ｖ含有量は、好ましくは０．２０％以下であり、より好ましくは０．１５％以下であり、さらに好ましくは０．１０％以下である。
Ｃａ：０．０００３〜０．００３０％
Ｃａは、鋳造性を改善して製造性を向上させる。この効果は、Ｃａ含有量が０．０００３％以上で得られる。しかし、Ｃａ含有量が０．００３０％を超えると、Ｓと結合してＣａＳを生成し、耐食性を低下させる。そのため、Ｃａを含有する場合は、Ｃａ含有量は０．０００３〜０．００３０％の範囲とする。Ｃａ含有量は好ましくは０．００２０％以下である。
Ｃａは、鋳造性を改善して製造性を向上させる。この効果は、Ｃａ含有量が０．０００３％以上で得られる。しかし、Ｃａ含有量が０．００３０％を超えると、Ｓと結合してＣａＳを生成し、耐食性を低下させる。そのため、Ｃａを含有する場合は、Ｃａ含有量は０．０００３〜０．００３０％の範囲とする。Ｃａ含有量は好ましくは０．００２０％以下である。
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％
Ｍｇは、脱酸剤として作用する。この効果はＭｇ含有量が０．０００５％以上で得られる。しかし、Ｍｇ含有量が０．００５０％を超えると、鋼の靱性が低下して製造性が低下するおそれがある。そのため、Ｍｇを含有する場合は、Ｍｇ含有量は０．０００５〜０．００５０％の範囲とする。Ｍｇ含有量は好ましくは０．００２０％以下である。
Ｍｇは、脱酸剤として作用する。この効果はＭｇ含有量が０．０００５％以上で得られる。しかし、Ｍｇ含有量が０．００５０％を超えると、鋼の靱性が低下して製造性が低下するおそれがある。そのため、Ｍｇを含有する場合は、Ｍｇ含有量は０．０００５〜０．００５０％の範囲とする。Ｍｇ含有量は好ましくは０．００２０％以下である。
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％
Ｂは、二次加工脆性を改善する。この効果は、Ｂ含有量が０．０００３％以上で得られる。しかし、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、Ｂを含有する析出物が生成して加工性が低下する。そのため、Ｂを含有する場合は、Ｂ含有量は０．０００３〜０．００５０％の範囲とする。Ｂ含有量は、好ましくは０．０００５％以上である。Ｂ含有量は、好ましくは０．００３０％以下である。
Ｂは、二次加工脆性を改善する。この効果は、Ｂ含有量が０．０００３％以上で得られる。しかし、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、Ｂを含有する析出物が生成して加工性が低下する。そのため、Ｂを含有する場合は、Ｂ含有量は０．０００３〜０．００５０％の範囲とする。Ｂ含有量は、好ましくは０．０００５％以上である。Ｂ含有量は、好ましくは０．００３０％以下である。
ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１〜０．１００％
ＲＥＭ（希土類金属：Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄなどの原子番号５７〜７１の元素）は、脱酸に有効である。この効果は、ＲＥＭ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、ＲＥＭ含有量が０．１００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、ＲＥＭを含有する場合は、ＲＥＭ含有量は０．００１〜０．１００％の範囲とする。ＲＥＭ含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。
ＲＥＭ（希土類金属：Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄなどの原子番号５７〜７１の元素）は、脱酸に有効である。この効果は、ＲＥＭ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、ＲＥＭ含有量が０．１００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、ＲＥＭを含有する場合は、ＲＥＭ含有量は０．００１〜０．１００％の範囲とする。ＲＥＭ含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。
Ｓｎ：０．００１〜０．５００％
Ｓｎは、加工肌荒れ抑制に有効である。この効果は、Ｓｎ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、Ｓｎ含有量が０．５００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、Ｓｎを含有する場合は、Ｓｎ含有量は０．００１〜０．５００％の範囲とする。Ｓｎ含有量は、好ましくは０．０１０％以上である。Ｓｎ含有量は、好ましくは０．２００％以下である。
Ｓｎは、加工肌荒れ抑制に有効である。この効果は、Ｓｎ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、Ｓｎ含有量が０．５００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、Ｓｎを含有する場合は、Ｓｎ含有量は０．００１〜０．５００％の範囲とする。Ｓｎ含有量は、好ましくは０．０１０％以上である。Ｓｎ含有量は、好ましくは０．２００％以下である。
Ｓｂ：０．００１〜０．５００％
Ｓｂは、Ｓｎと同様に、加工肌荒れ抑制に有効である。この効果は、Ｓｂ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、Ｓｂ含有量が０．５００％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｓｂを含有する場合は、Ｓｂ含有量は０．００１〜０．５００％の範囲とする。Ｓｂ含有量は、好ましくは０．０１０％以上である。Ｓｂ含有量は、好ましくは０．２００％以下である。
Ｓｂは、Ｓｎと同様に、加工肌荒れ抑制に有効である。この効果は、Ｓｂ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、Ｓｂ含有量が０．５００％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｓｂを含有する場合は、Ｓｂ含有量は０．００１〜０．５００％の範囲とする。Ｓｂ含有量は、好ましくは０．０１０％以上である。Ｓｂ含有量は、好ましくは０．２００％以下である。
〈残部〉
本発明の成分組成における上記以外の成分はＦｅおよび不可避的不純物である。
本発明の成分組成における上記以外の成分はＦｅおよび不可避的不純物である。
［フェライト系ステンレス鋼板の板厚］
本発明のフェライト系ステンレス鋼板の板厚は、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。板厚が５μｍ未満であると、生産効率が大幅に低下し、製造コストも顕著に増加する。板厚が３０μｍを超えると、電池の重量増加を招く。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板の板厚は、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。板厚が５μｍ未満であると、生産効率が大幅に低下し、製造コストも顕著に増加する。板厚が３０μｍを超えると、電池の重量増加を招く。
［フェライト系ステンレス鋼板の用途］
本発明のフェライト系ステンレス鋼板を硫化物系固体電池の集電体に用いることで、硫化物系固体電池に含まれる硫化物系固体電解質と集電体との反応を抑制できる。本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、硫化物系固体電池の集電体に好適である。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板を硫化物系固体電池の集電体に用いることで、硫化物系固体電池に含まれる硫化物系固体電解質と集電体との反応を抑制できる。本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、硫化物系固体電池の集電体に好適である。
（２）硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼板を製造する方法を説明する。
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼板を製造する方法を説明する。
［フェライト系ステンレス鋼板の製造］
上記の成分組成を有する鋼スラブを、熱間圧延して熱延板を得る。得られた熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍、酸洗を施す。その後、熱延板に冷間圧延を施して所望板厚の冷延板（フェライト系ステンレス鋼板）を得る。例えば、最終板厚を１０μｍにする場合は、必要に応じて冷延板焼鈍を施し、さらに最終板厚まで冷間圧延を実施する。
熱間圧延、冷間圧延、熱延板焼鈍、冷延板焼鈍などの条件は特に限定されず、常法に従えばよい。冷延板焼鈍の後に酸洗してもよい。冷延板焼鈍を、光輝焼鈍とすることもできる。
上記の成分組成を有する鋼スラブを、熱間圧延して熱延板を得る。得られた熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍、酸洗を施す。その後、熱延板に冷間圧延を施して所望板厚の冷延板（フェライト系ステンレス鋼板）を得る。例えば、最終板厚を１０μｍにする場合は、必要に応じて冷延板焼鈍を施し、さらに最終板厚まで冷間圧延を実施する。
熱間圧延、冷間圧延、熱延板焼鈍、冷延板焼鈍などの条件は特に限定されず、常法に従えばよい。冷延板焼鈍の後に酸洗してもよい。冷延板焼鈍を、光輝焼鈍とすることもできる。
下記表１に記載の成分組成（残部はＦｅおよび不可避的不純物）を有する板厚が１０μｍのフェライト系ステンレス鋼板を準備した。準備したフェライト系ステンレス鋼板を用いて、以下の要領で、硫化物系固体電池の電池環境を模擬した耐硫化性の評価を行った。
［耐硫化性の評価］
まず、露点−７０℃以下のアルゴン雰囲気中で、Ｌｉ２ＳとＰ２Ｓ５とを、Ｌｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝７０：３０のモル比にて乳鉢で混合し、混合物を得た。得られた混合物に対して、ボールミルを用いて２５℃、５００ｒｐｍの条件で、２０時間メカニカルミリング処理を実施し、その後、２００℃で１．５時間熱処理を行った。熱処理後の混合物を、１００ＭＰａで加圧成形することにより、厚さ５００μｍ、直径１１．３ｍｍの円形状の硫化物系固体電解質のペレットを作製した。
まず、露点−７０℃以下のアルゴン雰囲気中で、Ｌｉ２ＳとＰ２Ｓ５とを、Ｌｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝７０：３０のモル比にて乳鉢で混合し、混合物を得た。得られた混合物に対して、ボールミルを用いて２５℃、５００ｒｐｍの条件で、２０時間メカニカルミリング処理を実施し、その後、２００℃で１．５時間熱処理を行った。熱処理後の混合物を、１００ＭＰａで加圧成形することにより、厚さ５００μｍ、直径１１．３ｍｍの円形状の硫化物系固体電解質のペレットを作製した。
次に、準備したフェライト系ステンレス鋼板を直径１１．３ｍｍの円形状に切り出し、その上に、作製した硫化物系固体電解質を配置した。さらにその上に、厚さ１００μｍ、直径１１．３ｍｍの円形状の、Ｌｉ金属箔をＣｕ箔に貼り合わせた対極を、Ｌｉ金属箔が硫化物系固体電解質に接するように配置した。これを加圧することで、測定用セルを、各フェライト系ステンレス鋼板から２個ずつ作製した。
上記Ｌｉ金属箔は、対極と参照極とを兼ねる。以下の電気化学測定における電位は全て、上記参照極に対する電位Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）とした。
上記Ｌｉ金属箔は、対極と参照極とを兼ねる。以下の電気化学測定における電位は全て、上記参照極に対する電位Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）とした。
上記で作製した測定用セルを用い、下記の条件で電位走査する電気化学測定を実施した。より詳細には、正極側を想定した電位範囲における試験（正極想定試験とも称する）および負極側を想定した電位範囲における試験（負極想定試験とも称する）を行った。それぞれの試験において、電位走査時におけるフェライト系ステンレス鋼板の電流密度をみることで、硫化物系固体電池の電池環境における耐硫化性を評価した。初期浸漬電位（試験開始時の浸漬電位）は、いずれも２．０〜２．５Ｖ程度であった。
この評価で電流密度が低ければ、フェライト系ステンレス鋼板と硫化物系固体電解質との硫化反応が生じておらず、耐硫化性を確保できると判断できる。
測定は露点−７０℃以下のアルゴン雰囲気中、２５℃で実施した。
正極想定試験および負極想定試験には、別々の測定用セルを用いた。
この評価で電流密度が低ければ、フェライト系ステンレス鋼板と硫化物系固体電解質との硫化反応が生じておらず、耐硫化性を確保できると判断できる。
測定は露点−７０℃以下のアルゴン雰囲気中、２５℃で実施した。
正極想定試験および負極想定試験には、別々の測定用セルを用いた。
電位走査方法
（１）正極想定試験：試験開始時の浸漬電位→５．０Ｖ→試験開始時の浸漬電位
（２）負極想定試験：試験開始時の浸漬電位→０．０Ｖ→試験開始時の浸漬電位
電位：対極のＬｉ金属箔に対する電位Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）
走査速度：５ｍＶ／ｓ
（１）正極想定試験：試験開始時の浸漬電位→５．０Ｖ→試験開始時の浸漬電位
（２）負極想定試験：試験開始時の浸漬電位→０．０Ｖ→試験開始時の浸漬電位
電位：対極のＬｉ金属箔に対する電位Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）
走査速度：５ｍＶ／ｓ
耐硫化性の評価基準は、以下のとおりとした。評価結果を下記表１に示す。
○（合格）：正極想定試験および負極想定試験の両方とも最大電流密度の絶対値が３０μＡ／ｃｍ２以下
×（不合格）：正極想定試験および負極想定試験のどちらか一方または両方の最大電流密度の絶対値が３０μＡ／ｃｍ２超
○（合格）：正極想定試験および負極想定試験の両方とも最大電流密度の絶対値が３０μＡ／ｃｍ２以下
×（不合格）：正極想定試験および負極想定試験のどちらか一方または両方の最大電流密度の絶対値が３０μＡ／ｃｍ２超
上記表１より、次の事項が明らかである。
（ａ）鋼Ｎｏ．Ｂ〜Ｉを用いた発明例ではいずれも、所望の耐硫化性が得られた。
（ｂ）一方、鋼Ｎｏ．Ａを用いた比較例では、所望の耐硫化性が得られなかった。
（ａ）鋼Ｎｏ．Ｂ〜Ｉを用いた発明例ではいずれも、所望の耐硫化性が得られた。
（ｂ）一方、鋼Ｎｏ．Ａを用いた比較例では、所望の耐硫化性が得られなかった。
Claims (3)
- 質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．０５０％、
Ｓｉ：０．０１〜２．００％、
Ｍｎ：０．０１〜１．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｒ：１８．００〜３２．００％、
Ｎｉ：０．０１〜４．００％、
Ａｌ：０．００１〜０．１５０％および
Ｎ：０．０５０％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する、硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板。 - 前記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｍｏ：０．０１〜２．５０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．８０％、
Ｃｏ：０．０１〜０．５０％および
Ｗ：０．０１〜３．００％
からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項１に記載の硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板。 - 前記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．０１〜０．４５％、
Ｎｂ：０．０１〜０．６０％、
Ｚｒ：０．０１〜０．４０％、
Ｖ：０．０１〜０．３０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００３０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．１００％、
Ｓｎ：０．００１〜０．５００％および
Ｓｂ：０．００１〜０．５００％
からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項１または２に記載の硫化物系固体電池の集電体用のフェライト系ステンレス鋼板。
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